體現/實現三維線內錫膏檢測的優點

作者：Stacy Kalisz Johnson
安捷倫科技公司
stacy_johnson@agilent.com

　　盡管在公共領域有大量文章和實例說明采用三維錫膏檢測(SPI)來控制印刷流程，排除/識別錫膏印刷錯誤的種種優點，但是仍有一些公司對三維錫膏檢測存有顧慮。大多數公司與人士一致認為采用一定的檢測方案是必要的，但是并不需要將自動三維檢測作為主流技術。最近針對二維與三維的行業位置進行的一項調查結果顯示三維技術更受青睞，每五個項目中有四個需要采用三維檢測技術。本文介紹了最近一些成功的實例，說明采用三維錫膏檢測實現的表面貼裝技術(SMT)組裝，并證明行業正在不斷地朝著百分之百的線內三維錫膏檢測方向發展。

　　錫膏印刷流程會產生很多缺陷已經是一個不爭的事實(1，2，3，4，5，6，7，8)。一些刊物和公司甚至指出這類缺陷的數量已占總缺陷數量的80%。另外一個眾所周知的事實是錫膏數量是判斷焊點質量及其可靠性的一個重要指標(1，3，9，10，11)。100%的采用錫膏檢測(SPI)將有助于減少印刷流程中產生的焊點缺陷(12)，而且可通過最低的返工(如清洗電路板)成本來減少廢品帶來的損失，另外一個好處是焊點的可靠性將得到保證(3)。計算結果表明回流前印刷缺陷的損失比回流后缺陷的損失小10倍, 比在線測試缺陷的損失小70倍，比平面缺陷的損失小700倍。隨著錫膏檢測新技術的問世，結合了錫膏印刷和回流前三維錫膏檢測的流程控制就勢在必行。而且，線內流程控制已成為提高可靠性和節省成本的一個機會。

　　文章前面提及的大量刊物與實例說明了采用二維與三維錫膏檢測控制印刷流程和排除或識別錫膏印刷錯誤的各種好處。大多數公司和人士認為在當今的制造領域，芯片規模封裝(CSP)面臨越來越大的挑戰，加之裝置已經降到了0201型，因而采用一定的檢測方案已經成為當務之急。為什么很多公司還采用無錫膏檢測，二維錫膏檢測或帶三維取樣的二維錫膏檢測作為錫膏檢測方法呢？產生這種做法的原因很多，比如經濟環境不景氣，導致企業無法更新或購買新的設備等。盡管存在種種不利因素，但是過去幾年新的技術革新仍使三維錫膏檢測得到了業界的認可，許多公司對三維錫膏檢測進行了投資。這些公司也從這一技術中大大獲益，生產出可靠性高的部件，相比使用其他的檢測設備，節省了很多成本。

　　由于接密間距裝置，如0201，芯片規模封裝(CSP)，球柵列陣(BGA)，圓柱柵格陣列(CCGA)等對錫膏數量有很高要求，所以要想成功制造這些裝置，流程控制已經成為其中的關鍵環節。封裝廠嚴格控制每一個組裝流程以確保高成品率的能力使得它在市場上占據了有利位置。

　　最近用戶100%采用三維線內錫膏檢測完成的工作展示了錫膏檢測和流程控制具備的優點。圖例是采用安捷倫SP50設備得出的錫膏檢測數據。安捷倫SP50是100%的線內二維和三維錫膏檢測系統。這一系統使用了一個具有專利的成像鏈，因而可以持續提供20um/象素的分辨率，其速度可與高速運轉的生產線媲美。所以用戶可以獲得二維和三維的錫膏信息，同時兼顧分辨率與速度。

　　在一家封裝廠，安捷倫5DX X線檢測系統可檢測球柵列陣的產品質量，并分析球柵列陣的結果。在研究結果時可發現，有質量問題的地方，球柵列陣上的錫膏數量要偏高(見圖1)。因此，錫膏檢測系統上的微調可以發現錫膏數量的增加，并在生產上游發現這些缺陷，并防止這些缺陷進入下面的流程。早期發現這些缺陷可以節省返工帶來的花費。另外，了解錫膏數量并控制它有助于實現焊接點長期的可靠性(3,9,10,11)。

　　根據錫膏檢測結果(圖2)，可以在第二個封裝廠上發現在四方扁平封裝(QFP)上出現的錫膏數量變化 。連續6個印刷電路板(PCB)上的錫膏數量減少了50%。三維錫膏檢測系統發現了這一問題。進行了絲網印刷調整后，流程又重新回到了控制范圍中。值得注意的是，如果只采用二維檢測，將無法發現這一問題(換而言之，二維檢測無法設別錫膏數量方面的信息)。

　　圖3是錫膏檢測系統檢查出缺陷的另一個實例。出現印刷問題的地方，其區域、高度和數量的缺陷都已經顯示出來了(圖3A)。一旦錫膏檢測系統檢查出缺陷，并通過放大缺陷，肉眼都可以清楚地看到這些缺陷，就如實際錫膏墊的放大圖所顯示的(圖3A)。在這一情況下，絲網印刷機的印刷速度就大大受影響，并生產出錫膏有問題的電路板。當印刷速度重新恢復正常，印刷效果也就正常了(肉眼可以識別，錫膏檢測系統沒有顯示任何缺陷，見圖3B)。

　　結論

　　在世界各地的生產線上可以找到無數類似的實例。不同裝配廠的例子再次體現了對三維錫膏檢測技術的需要程度。即使只減少了終端用戶手中產品的一個缺陷，在短期內也可以說明對三維錫膏檢測設備進行的投資是合理的。另外，生產出質量一流，可靠性能高的產品帶來的聲譽也是不可估量的。總而言之，二維和三維檢測對于避免在生產下游出現劣質的印刷裝置，確保裝置的可靠性至關重要（圖4）。現在的三維錫膏檢測系統可以使用戶改善流程，識別和排除缺陷，從而減少成本，贏得利潤，創造出具有競爭力的高效組裝流程。

　　參考書目：

1. "2D Versus 3D Solder Paste Inpsection". K Fauber. S. Johnson.www.agilent.com/see/aoi 2003.
2. "Process Control for Solder Paste Deposition." M. Owen, J. Hawthorne. SMTA ''99. pp 488-493.
3. "Printing Guidelines for BGA and CSP Assemblies." D. Burr. SMI ''98. p. 417-24.
4. "On-line Enhancement of the Stencil Printing Process." L. Barajas, E. Kamen, A. Goldstein.
5. "Solder Paste Printing." B. Bentzen. SMT in Focus. October 2000.
6. "Optimizing Printer-Based Solder Paste Inspection." J.Morini, J. Cronin, D. O''Neal. Circuits Assembly.
7. "Machine Capability Analyses of Solder Paste Printers." CTQ 2001.
8. "An Integrated Test and Inspection Strategy." D. Mendez. Apex 2000.
9. "A 3-D Solder Paste Inspection Strategy for CSPs and 0201s." R. Kelley, D. Tan.
10. "Flip-Chip/CSP Assembly Reliability and Solder Volume Effects." J. Clech. SMI `98. p. 315-23.
11. "3-D Solder Paste Inspection." R. Kelley, D. Clark. SMT. January 2001.
12. "An Integrated Test and Inspection Strategy." D. Mendez. Apex 2000.
13. "Tombstones". J. Hall. Circuitnet. May 2003.
14. "CBGA assembly user guide".www.ibm.com. May 2002.